本實(shí)用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙向DC/DC變換器。

背景技術(shù)：

單向DC/DC變換器只能將能量從一個方向傳輸?shù)搅硪粋€方向；而雙向DC/DC變換器則可實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸，它的輸入、輸出電流方向可以改變，在功率傳輸上相當(dāng)于兩個單向DC/DC變換器，尤其是在需求雙向流動應(yīng)用場合可以大幅度減輕系統(tǒng)的體積、重量和成本。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雙向直流不間斷電源系統(tǒng)、航空電源系統(tǒng)等應(yīng)用場合增加，DC/DC變換器的需求逐漸增多。為了減輕系統(tǒng)的體積重量，節(jié)約成本，在電池的充放電、電動汽車、UPS系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、航空電源系統(tǒng)等場合，雙向DC/DC變換器獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。例如，具有雙向功能的充電器在供電網(wǎng)絡(luò)正常時向蓄電池充電，一旦供電網(wǎng)絡(luò)供電中斷，電池能量可以返回電網(wǎng)，向電網(wǎng)短時應(yīng)急供電。控制直流電動機(jī)的變換器也是雙向的，電動機(jī)工作時，將電能從電源送到電動機(jī)，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動設(shè)備工作；制動時，電機(jī)能量通過變換器返回電源。

現(xiàn)有的雙向DC/DC變換器存在的問題是效率較低，一般最高只能達(dá)到80～90％。申請?zhí)枮?01010102548.9的中國發(fā)明專利，公開了兩種雙向直流變換器，這兩種雙向直流變換器分別為升壓-降壓式和升降壓式，其電路結(jié)構(gòu)均包括第一和第二電源(V1、V2)、第一和第二濾波電容(C1、C2)、第一和第二二極管(D1、D2)、第一和第二開關(guān)管(Q1、Q2)、第一和第二耦合電感(Lc1、Lc2)及濾波電感(L)，兩個耦合電感通過共用一個電感磁芯相互耦合在一起。該發(fā)明兩個方向功率變換的開關(guān)管相互獨(dú)立，避免了傳統(tǒng)雙向變換器開關(guān)管復(fù)用時由于開關(guān)管寄生體二極管反向恢復(fù)所導(dǎo)致的變換效率降低，同時提高了變換器的可靠性，當(dāng)其中一個方向的開關(guān)管故障時，另一個方向的功率變換不會受影響。其缺點(diǎn)是效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型提出一種雙向DC/DC變換器，所述變換器采用正弦振幅轉(zhuǎn)換器SAC(SineAmplitude Converter)，效率高達(dá)98％，能量損耗極小，大大提高了能源的利用率。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種雙向DC/DC變換器，包括：輸入端與高電壓端口相連、輸出端與低電壓端口相連、采用SAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主變換模塊，與所述主變換模塊相連的控制器。所述控制器用于根據(jù)負(fù)載方向切換所述主變換模塊的工作模式，當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒樨?fù)載、高電壓端口為電源時，主變換模塊工作在隔離式降壓模式；當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫?、高電壓端口為?fù)載時，所述控制器使主變換模塊工作在隔離式升壓模式。

進(jìn)一步地，所述主變換模塊包括：電源變壓器和驅(qū)動變壓器。電源變壓器包括4個線圈，驅(qū)動變壓器包括7個線圈。驅(qū)動變壓器的1個線圈連接穩(wěn)壓電路，驅(qū)動變壓器的4個線圈分別與4個電子開關(guān)相連后連接成全橋整流電路，全橋整流電路的輸入端為主變換模塊的輸入端，全橋整流電路的2個輸出端連接由電源變壓器的2個線圈和1個電容構(gòu)成的諧振電路。電源變壓器的2個線圈與2個電子開關(guān)及分別與所述2個電子開關(guān)相連的驅(qū)動變壓器的2個線圈連接成全波整流電路，全波整流電路的輸出端為主變換模塊的輸出端。

優(yōu)選地，所述電子開關(guān)為MOSFET或IGBT。

進(jìn)一步地，所述控制器包括一個輸入端與低電壓端口相連的第一輔助電源，一個用于控制第一輔助電源輸入端通斷的延時控制電路。當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫?、高電壓端口為?fù)載時，第一輔助電源輸出一個直流電壓至高電壓端口為負(fù)載供電，低電壓端口的電源為主變換模塊供電使其工作在隔離式升壓模式，主變換模塊工作穩(wěn)定后，延時控制電路切斷第一輔助電源的輸入端，第一輔助電源停止向負(fù)載供電，由主變換模塊向高電壓端口的負(fù)載供電；當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒樨?fù)載、高電壓端口為電源時，第一輔助電源沒有供電電源，不工作。

優(yōu)選地，所述控制器還包括一個輸入端與低電壓端口相連、為延時控制電路供電的第二輔助電源。

優(yōu)選地，所述延時控制電路包括依次相連的阻容電路、比較器、電流放大器和繼電器。

進(jìn)一步地，所述主變換模塊的輸入端設(shè)置第一濾波器。

進(jìn)一步地，所述主變換模塊的輸出端設(shè)置第二濾波器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型通過設(shè)置所述主變換模塊和所述控制器，能夠根據(jù)負(fù)載方向自動切換DC/DC的電流方向。所述主變換模塊采用正弦振幅轉(zhuǎn)換技術(shù)，工作在高頻率零電壓/零電流(ZVS/ZCS)狀態(tài)，使所述變換器的能量損耗極小，大大提高了能源的利用率。實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)用新型所述變換器效率接近98％。

附圖說明

圖1為所述變換器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為所述變換器的電原理簡圖；

圖3為圖1中主變換模塊的組成框圖；

圖4為實(shí)施例給出的所述變換器的功率-效率曲線。

圖中：1-主變換模塊，2-控制器，3-第一濾波器，4-第二濾波器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型的實(shí)施例給出了一種雙向DC/DC變換器，其方框圖如圖1所示，包括：輸入端與高電壓端口相連、輸出端與低電壓端口相連、采用SAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主變換模塊1，與所述主變換模塊1相連的所述控制器2。所述控制器2用于根據(jù)負(fù)載方向切換所述主變換模塊1的工作模式，當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒樨?fù)載、高電壓端口為電源時，所述主變換模塊1工作在隔離式降壓模式；當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫?、高電壓端口為?fù)載時，所述控制器2使所述主變換模塊1工作在隔離式升壓模式。

作為本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，如圖3所示，所述主變換模塊1包括：電源變壓器(T1)和驅(qū)動變壓器(T2)。電源變壓器(T1)包括4個線圈，驅(qū)動變壓器(T2)包括7個線圈。驅(qū)動變壓器(T2)的1個線圈連接穩(wěn)壓電路，驅(qū)動變壓器(T2)的4個線圈分別與4個電子開關(guān)(MOSFET)相連后連接成全橋整流電路，全橋整流電路的輸入端為所述主變換模塊1的輸入端，全橋整流電路的2個輸出端連接由電源變壓器(T1)的2個線圈和1個電容(C_RES)構(gòu)成的諧振電路，諧振頻率即為所述變換器的工作頻率。電源變壓器(T1)的2個線圈與2個電子開關(guān)(MOSFET)及分別與所述2個電子開關(guān)相連的驅(qū)動變壓器(T2)的2個線圈連接成全波整流電路，全波整流電路的輸出端為所述主變換模塊1的輸出端。由于所述主變換模塊1采用SAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作在高頻率零電壓/零電流(ZVS/ZCS)狀態(tài)，不僅可以使所述變換器體積縮小，而且可以使所述變換器的能量損耗顯著降低，顯著提高了能源的利用率。所述變換器的功率-效率曲線如圖4所示，所述變換器效率已接近98％，明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的雙向DC/DC變換器。

優(yōu)選地，所述電子開關(guān)為MOSFET或IGBT。

作為本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，如圖2所示，所述控制器2包括一個輸入端與低電壓端口相連的第一輔助電源(J1)，1個用于控制第一輔助電源輸入端通斷的延時控制電路。當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫础⒏唠妷憾丝跒樨?fù)載時，低電壓端口的電源為第一輔助電源提供電源，第一輔助電源(J1)輸出一個較高的直流電壓至高電壓端口為負(fù)載供電。低電壓端口的電源為主變換模塊1(J0)供電使其轉(zhuǎn)換為隔離式升壓模式。主變換模塊1(J0)工作穩(wěn)定后，延時控制電路的繼電器(J)切斷第一輔助電源(J1)輸入端的供電電源，第一輔助電源(J1)停止向負(fù)載供電，由主變換模塊1(J0)向高電壓端口的負(fù)載供電；當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒樨?fù)載、高電壓端口為電源時，主變換模塊1(J0)工作在降壓模式，因?yàn)榈谝惠o助電源(J1)沒有供電電源(端口的負(fù)載端電壓低)而停止工作。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述控制器2還包括一個輸入端與低電壓端口相連的第一輔助電源(J1)，1個用于控制第一輔助電源(J1)輸入端通斷的延時控制電路。當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫础⒏唠妷憾丝跒樨?fù)載時，第一輔助電源(J1)輸出一個直流電壓至高電壓端口為負(fù)載供電，低電壓端口的電源為主變換模塊1(J0)供電使其工作隔離式升壓模式，主變換模塊1(J0)工作穩(wěn)定后，延時控制電路切斷第一輔助電源(J1)的輸入端，第一輔助電源(J1)停止向負(fù)載供電，由主變換模塊1向高電壓端口的負(fù)載供電。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述控制器2還包括一個輸入端與低電壓端口相連、為延時控制電路供電的第二輔助電源(J2)。當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫?、高電壓端口為?fù)載時，第二輔助電源(J2)輸出一個+5V直流電壓至延時控制電路為其供電；當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒樨?fù)載、高電壓端口為電源時，因?yàn)榈谝惠o助電源(J1)沒有供電電源(端口的負(fù)載端電壓低)而停止工作。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述延時控制電路包括依次相連的阻容電路(R、C)、由一級運(yùn)算放大器(U)組成的比較器、由一級晶體管(Q)組成的電流放大器和繼電器。當(dāng)?shù)碗妷憾丝跒殡娫?、高電壓端口為?fù)載時，低電壓端口的電源通過電阻R向電容C充電，當(dāng)電容C充電到比較器的比較閾值時，比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，經(jīng)電流放大后驅(qū)動繼電器(J)導(dǎo)通，斷開第一輔助電源(J1)的供電電源。

作為本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，所述主變換模塊1(J0)的輸入端設(shè)置第一濾波器3，如圖2中的C1。

作為本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，所述主變換模塊1(J0)的輸出端設(shè)置第二濾波器4，如圖2中的C2。

本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的對上述實(shí)施方式任何顯而易見的改進(jìn)或變更，都不會超出本實(shí)用新型的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。